理论介绍:Mendelian Randomization (MR) 理论应用

文摘   2024-11-21 17:34   韩国  

理论介绍:Mendelian Randomization (MR)

Mendelian Randomization (MR) 的方法近年来在心理学领域的应用逐渐受到关注,特别是在量化研究中展现了其独特的优势。MR 通过利用遗传变异作为工具变量,可以在一定程度上克服传统观察性研究中因果关系推断的限制,尤其是在心理学中涉及复杂交互作用和混杂因素的研究中更显重要。在心理学中,MR 的应用通常集中于探索某些心理特质或精神健康状况(如抑郁、焦虑、自尊)与可能的环境或生物学风险因素之间的因果关系。

  例如,在量化研究中,MR 已被用来研究抑郁症与炎症标志物、生活方式因素(如体力活动或睡眠质量)之间的关系。通过基因组关联研究(GWAS)识别与某些风险因素相关的单核苷酸多态性(SNP),MR 方法能够检验这些因素是否对心理健康产生因果影响,而非简单的相关性。这种方法还被用于解答在传统研究中难以区分的因果顺序问题,比如研究心理健康状况是否导致生活习惯的变化,抑或是反之。

  值得注意的是,MR 的应用并不局限于疾病状态的研究,它在理解心理学构念(如人格特质、情绪调节能力)与其他社会环境变量之间的因果关联中同样发挥了重要作用。通过此方法,研究者得以更深入地探讨遗传因素在这些心理构念形成中的作用,同时还能控制混杂因素,提升研究结论的可信度。

  总体而言,MR 在心理学量化研究中的应用不仅拓展了因果推断的边界,也为心理健康研究提供了新的理论视角和分析工具。然而,由于心理学中的很多变量具有复杂性和动态性,MR 的结果仍需结合多种方法进行验证和解释,以确保研究结论的全面性与科学性。


  在抑郁症的研究中,与之相关的遗传基因主要集中于调控神经递质、脑部结构功能以及应激反应的基因这些基因通常通过全基因组关联研究(GWAS)被识别,并被用于探索抑郁症的生物学机制和潜在因果关系。

与神经递质相关的基因

  抑郁症与神经递质功能的失调密切相关,特别是与调控5-羟色胺(5-HT)、多巴胺和去甲肾上腺素的基因联系较强。例如,SLC6A4 基因(编码5-HT转运体)与个体对生活压力的敏感性相关,被广泛认为影响抑郁症的易感性。COMT 基因(编码儿茶酚-O-甲基转移酶)与多巴胺的代谢相关,也在情绪调节中发挥重要作用。

与应激反应系统相关的基因

  抑郁症的发生往往与个体的应激反应密切相关,特别是下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)的异常活动。FKBP5 基因(调控糖皮质激素受体敏感性)被证明与慢性应激暴露下的抑郁症风险增加有关。CRHR1 基因(编码促肾上腺皮质激素释放因子受体)也与应激相关,尤其在严重压力下更容易激活抑郁症的发生机制。

与脑部结构和神经可塑性相关的基因

  脑源性神经营养因子(BDNF)是与神经可塑性相关的重要分子,其基因(BDNF)的某些多态性(如Val66Met)已被证明与抑郁症有关。BDNF 的表达变化会影响海马体的神经可塑性,而海马体萎缩是抑郁症患者的一个常见脑部特征。

与炎症和免疫功能相关的基因

  抑郁症的病理机制中也包含免疫和炎症反应的异常。IL-6 和 TNF-α 等炎症因子相关的基因已被发现与抑郁症的发生风险相关,这可能通过慢性炎症状态对脑部功能的影响导致情绪失调。

GWAS研究发现的多基因位点

  随着 GWAS 的普及,大量与抑郁症相关的基因位点被发现,如 SORCS3、DRD2(多巴胺D2受体基因)以及一些非编码区域的变异。虽然单一基因对抑郁症的贡献有限,但通过多基因风险评分(PRS)可以预测个体的遗传易感性。

  这些基因的功能和变异往往通过复杂的交互作用影响抑郁症的发生与发展。因此,在利用 Mendelian Randomization(MR)方法研究抑郁症时,研究者常选择与上述基因相关的单核苷酸多态性(SNPs)作为工具变量,以揭示潜在的因果关系。



  在抑郁症的研究中,与之相关的遗传基因主要集中于调控神经递质、脑部结构功能以及应激反应的基因。这些基因通常通过全基因组关联研究(GWAS)被识别,并被用于探索抑郁症的生物学机制和潜在因果关系。

  1.   与神经递质相关的基因抑郁症与神经递质功能的失调密切相关,特别是与调控5-羟色胺(5-HT)、多巴胺和去甲肾上腺素的基因联系较强。例如,SLC6A4 基因(编码5-HT转运体)与个体对生活压力的敏感性相关,被广泛认为影响抑郁症的易感性。COMT 基因(编码儿茶酚-O-甲基转移酶)与多巴胺的代谢相关,也在情绪调节中发挥重要作用。
  2.   与应激反应系统相关的基因抑郁症的发生往往与个体的应激反应密切相关,特别是下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)的异常活动。FKBP5 基因(调控糖皮质激素受体敏感性)被证明与慢性应激暴露下的抑郁症风险增加有关。CRHR1 基因(编码促肾上腺皮质激素释放因子受体)也与应激相关,尤其在严重压力下更容易激活抑郁症的发生机制。
  3.   与脑部结构和神经可塑性相关的基因脑源性神经营养因子(BDNF)是与神经可塑性相关的重要分子,其基因(BDNF)的某些多态性(如Val66Met)已被证明与抑郁症有关。BDNF 的表达变化会影响海马体的神经可塑性,而海马体萎缩是抑郁症患者的一个常见脑部特征。
  4.   与炎症和免疫功能相关的基因抑郁症的病理机制中也包含免疫和炎症反应的异常。IL-6 和 TNF-α 等炎症因子相关的基因已被发现与抑郁症的发生风险相关,这可能通过慢性炎症状态对脑部功能的影响导致情绪失调。
  5.   GWAS研究发现的多基因位点随着 GWAS 的普及,大量与抑郁症相关的基因位点被发现,如 SORCS3、DRD2(多巴胺D2受体基因)以及一些非编码区域的变异。虽然单一基因对抑郁症的贡献有限,但通过多基因风险评分(PRS)可以预测个体的遗传易感性。

  这些基因的功能和变异往往通过复杂的交互作用影响抑郁症的发生与发展。因此,在利用 Mendelian Randomization(MR)方法研究抑郁症时,研究者常选择与上述基因相关的单核苷酸多态性(SNPs)作为工具变量,以揭示潜在的因果关系。

  在建立遗传变量和抑郁关联性的模型时,特别是在利用 Mendelian Randomization(MR)研究因果关系时,模型需要考虑以下几个关键要素:工具变量选择、因果路径的明确性以及潜在混杂因素的控制。以下是一个较为系统的模型设定方法:

 1. 理论框架的构建

  可以基于基因-环境交互模型或生物-心理-社会模型,将遗传变量作为生物学基础,将其对抑郁的直接或间接影响建模。MR 的核心假设是遗传工具变量(如 SNP)与抑郁之间的联系通过某一特定暴露(如炎症水平、神经递质功能)实现。

 基本假设:

  • 工具变量(遗传变异)只与抑郁的中介因素(暴露变量)相关。
  • 工具变量仅通过暴露变量间接影响抑郁,不存在其他直接效应。
  • 工具变量与混杂因素无关

2. 变量的设定

  •   工具变量(IVs):遗传变异选择与抑郁潜在风险因素显著相关的单核苷酸多态性(SNPs),例如:
  •   与神经递质代谢相关的基因(如 SLC6A4)。
  • 与炎症反应相关的基因(如 IL6、CRP)。
  •   与神经营养因子(如 BDNF)相关的基因多态性。

数据来源:GWAS 或已公开的基因关联研究数据库。

  •   暴露变量(Exposures):潜在中介因素设定可能导致抑郁的中介变量,包括:
  •   生物学因素:炎症标志物(CRP)、脑部结构体积(如海马体)。
  •   心理行为变量:应激暴露、神经递质水平。
  •   结局变量(Outcomes):抑郁症状或诊断可使用以下指标:
  •   抑郁评分量表(如 CES-D、BDI)。
  •   临床诊断数据(如 DSM-5 标准下的抑郁症诊断)。


3. 数据分析方法


4. 路径模型的可视化

一个典型的路径图可能如下:

  • 工具变量(遗传变异, SNPs) → 暴露变量(炎症、神经递质等) → 结局变量(抑郁)同时,控制混杂变量如社会经济地位(SES)、年龄和性别的直接效应。

  在图中,路径系数(β1,β2\beta_1, \beta_2β1,β2)分别表示工具变量对暴露变量、暴露变量对抑郁的影响,最终推导出总因果效应。


5. 长期数据支持的扩展模型

  如果采用纵向研究设计,可使用自回归交叉滞后模型(ARCLM)来动态评估遗传变量对抑郁变化趋势的长期影响,从而更全面地理解基因与环境的交互作用。

通过这一框架,模型能够明确遗传变量在抑郁研究中的因果角色,同时有效控制传统观察性研究中的混杂问题。





相关研究:

Bowden, J., & Holmes, M. V. (2019). Meta‐analysis and Mendelian randomization: a review. Research synthesis methods, 10(4), 486-496.


以上内容符合期刊(KCI):

  通过建立遗传变量与抑郁关联的因果模型,可以有效利用 Mendelian Randomization(MR)方法揭示潜在的因果机制。此研究框架具有以下建设性意义:

提供因果推断的坚实基础

  通过选择与抑郁相关的遗传工具变量(如 SLC6A4、BDNF、IL6 等基因的 SNPs),能够在控制混杂因素的情况下,揭示关键中介变量(如炎症水平、神经递质功能)对抑郁症的因果效应,从而克服传统观察性研究的局限性。

促进机制性理解

  模型明确了遗传变异如何通过生物学路径(如 HPA 轴、神经营养因子、脑部神经可塑性)影响抑郁症状的发展,为抑郁症的发病机制研究提供了新的理论支持。

推动精准干预策略

  通过确定影响抑郁的生物学通路(如炎症或神经递质失调),研究结果可以用于指导精准医学干预,比如开发针对高风险个体的药物或基因治疗方案。

支持长期效应的动态评估

  通过整合纵向数据(如 ARCL 模型),可以评估遗传风险对抑郁症状变化的长期影响,为心理健康的动态管理提供科学依据。

  总结而言,此模型不仅在因果推断中提供了稳健的方法论框架,还能为抑郁症的早期诊断、预防和治疗策略提供直接支持,推动心理健康研究向机制探索和精准医疗方向迈进。



国际出版(以下评论引用自国内知名机构):

北大核心 & 南大核心:


相关书籍:




  研究主题:遗传变量对抑郁与 PTSD 相互作用的因果机制研究

研究目标

  探索与抑郁和 PTSD 相关的遗传变量(如与神经递质功能、炎症反应和神经可塑性相关的 SNPs),揭示遗传风险如何通过生物学通路影响抑郁与 PTSD 的发展,评估两者间潜在的双向因果关系。

研究模型

理论框架

  基于 双相脆弱性-应激模型(Diathesis-Stress Model),结合 生物-心理-社会模型(Bio-Psychosocial Model) 和 HPA 轴调控理论,假设遗传变量通过生物学通路(如炎症水平、神经递质代谢)影响抑郁与 PTSD 的发生和相互作用。

具体假设

  遗传变量通过炎症反应(CRP、IL6 等)和神经递质功能(如 5-HT)对抑郁和 PTSD 的发展产生直接或间接影响。

  PTSD 和抑郁之间存在因果关联,其中 PTSD 更可能作为诱因触发抑郁,但遗传变量可能调节两者的因果方向和强度。

  遗传风险可能通过个体对压力源的敏感性(应激反应强度)影响 PTSD 与抑郁的相互作用。

研究设计

  研究类型:纵向研究,利用基因组关联数据与精神健康数据。

 统计模型:

  Mendelian Randomization(MR):检验遗传变量对抑郁和 PTSD 的单向和双向因果效应。

  自回归交叉滞后模型(ARCL):分析 PTSD 和抑郁症状在不同时间点的动态关系。

  结构方程模型(SEM):将遗传风险、中介变量和结局变量整合到同一框架中,检验潜在路径。

变量说明

工具变量(IVs)

 遗传变异(SNPs):

  与神经递质功能相关:SLC6A4、COMT(5-HT 和多巴胺转运基因)。

  与炎症相关:IL6、CRP。

  与神经可塑性相关:BDNF Val66Met。

  数据来源:公开的 GWAS 数据库 或本地基因组测序数据。

 中介变量

  炎症标志物水平(如 CRP、IL6)。

  神经递质代谢(如血清 5-HT 浓度)。

  压力反应(如皮质醇水平)。

 结局变量

  抑郁症状:通过 CES-D 或 PHQ-9 量表测量。

  PTSD 症状:通过 PCL-5 量表测量。

 控制变量

  人口学变量(性别、年龄、社会经济地位)。

  环境压力源(创伤经历的数量和类型)。

 数据获取

遗传数据

  GWAS 数据库:如 UK Biobank 或其他公开遗传数据。

  本地数据收集:通过 DNA 样本提取和测序获取 SNP 数据。

 精神健康数据

  纵向队列研究数据库:如 ALSPAC(Avon 长期研究数据)或其他心理健康研究数据集。

  新数据采集:从社区样本或医疗机构招募 PTSD 和抑郁患者,使用标准化量表收集症状数据。

 生物学数据

  炎症标志物和神经递质数据可通过血液或唾液样本测量。

 分析方法

  Mendelian Randomization

  工具变量选取:筛选显著与暴露变量相关的 SNP。

 分析方法:

  使用 双样本 MR 方法评估 PTSD 与抑郁之间的因果效应。

  使用 Egger Regression 检查水平效应。

  应用 MR-PRESSO 检测偏倚和多效性。

 ARCL 模型

  构建 PTSD 和抑郁在不同时间点的交叉滞后路径,检验两者的双向关系。

  使用 最大似然估计(MLE) 校正缺失数据。

 结构方程模型(SEM)

  验证遗传风险通过炎症或神经递质水平对 PTSD 和抑郁症状的间接影响。

  使用拟合指数(CFI、RMSEA 等)评估模型适配度。

 理论说明

  本研究结合了遗传学、神经生物学和心理学理论,整合 Diathesis-Stress Model 和 HPA 轴调控理论,提供遗传风险如何通过生物学路径影响精神健康的全景视角。此外,纵向设计和 MR 方法确保因果推断的可信度,为 PTSD 和抑郁症的复杂关系提供机制性解释。

 建设性结论

  揭示因果机制:通过 MR 方法,研究将明确遗传变量对 PTSD 和抑郁之间双向关系的因果效应,并识别关键中介通路(如炎症或神经递质)。

  优化诊断和干预:结果将支持以遗传风险和生物学指标为基础的早期诊断和个性化干预策略。

  促进精准心理医学发展:研究为基于遗传信息的 PTSD 和抑郁治疗开发提供理论依据,推动精准心理医学的实践。

  动态评估心理疾病演化:通过纵向路径分析,揭示 PTSD 和抑郁在创伤后的长期发展动态,为预防复发或慢性化提供证据支持。

  此研究计划不仅具备理论深度,也为干预实践和未来心理健康研究提供了现实可操作的基础。




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